Физико-геологические модели сейсмогенерирующих неоднородностей земной коры среднего и нижнего поволжья

Вид материала

Содержание

Научный руководитель
Ведущая организация
Ученый секретарь
Методы исследований.
Физические свойства
Зоны сочленения крупных геоструктур.
Очаговые зоны локальных структур.

Подобный материал:

На правах рукописи

ОГАДЖАНОВ АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СЕЙСМОГЕНЕРИРУЮЩИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ СРЕДНЕГО И НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков

месторождений полезных ископаемых.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук.

Саратов – 2007г.

Работа выполнена в Саратовском Государственном университете

им. Н.Г. Чернышевского на кафедре геофизики

Научный руководитель

доктор геолого-минералогических наук, профессор Конценебин Юрий Петрович.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Саратовского государственного технического университета Гестрин Сергей Геннадьевич.

доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Нижне-Волжского научно-исследовательского института геологии и геофизики. Кононов Юрий Сергееевич.

Ведущая организация – Кафедра геофизики Воронежского государственного университета.

Защита состоится 31 мая 2007г. в 14 часов на заседании диссертационного совета

Д 212.243.08 Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410026, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, СГУ, геологический факультет, корп.1, ауд.№ 53

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Автореферат разослан 30 апреля 2007 г.

Отзывы, заверенные печатью учреждения в двух экземплярах просим направлять по адресу: 410026, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, СГУ, геологический факультет, Ученому секретарю.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д 212.243.08, д.г-м.н, профессор О.П. Гончаренко

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Согласно картам общего сейсмического районирования ОСР - 97, которые в настоящее время являются нормативным документом для строительных норм и правил, территория Поволжья определяется вероятностью возникновения землетрясений магнитудой до 5,5 и интенсивностью сотрясений до 8 баллов на средних грунтах. В то же время эта территория характеризуется высокой плотностью населения, особо ответственных и экологически опасных объектов, что дает основание определить рассматриваемый регион в качестве зоны высокого сейсмического риска. Это обстоятельство диктует необходимость проведения работ по контролю за геодинамической обстановкой в регионе. Задача решается путем создания геодинамических полигонов, на которых ведутся режимные наблюдения за сейсмичностью, изменением геофизических полей и других параметров геологической среды.

Для решения этих задач создан Саратовский геодинамический полигон (СГП). СГП расположен в центральной части Саратовской области. Здесь находится ряд ответственных объектов, таких как АЭС, полигоны по испытанию и уничтожению химического оружия и другие экологически опасные объекты. Это делает проблему контроля геодинамической обстановки в этом районе особенно актуальной. Актуальность проведения детального сейсмического районирования диктует в свою очередь целесообразность привлечения комплексных геофизических исследований. Для обоснования постановки геофизических работ при выделении сейсмогенных структур необходима разработка физико-геологических моделей зон возникновения очагов землетрясений (ВОЗ). Однако подобные модели разработаны в основном для сейсмоактивных областей и практически отсутствуют для слабоактивных территорий и территорий с умеренной сейсмичностью; к числу последних обычно относят территорию Поволжья. Исследованиями зон возникновения очагов землетрясений и их связи с геофизическими полями в пределах платформенных территорий занимались Т.С.Блинова, А.Ф.Грачев, А.А.Маловичко, А.А. Никонов, В.А.Огаджанов, И.В.Померанцева, Л.Н.Солодилов, Г.И.Рейснер, Е.А. Рогожин, В.А. Трофимов, В.И. Уломов, В.Н.Шаров, Ю.К.Щукин, С.Л.Юнга и др. Однако, эти исследования касались, в основном, изучения общих региональных условий возникновения сейсмичности. Изучение конкретных очаговых зон на территории Поволжья стало возможным посредством организации геодинамических полигонов. Материалы комплексных исследований на Саратовском геодинамическом полигоне положены в основу настоящей работы. В этом заключается актуальность исследований.

Целью работы является физико-геологическое моделирование очагов землетрясений для обоснования применения комплексных геофизических исследований при их изучении на территории Среднего и Нижнего Поволжья.

Основные задачи исследований:

исследовать глубинное строение и закономерности изменений физических свойств горных пород в пределах очаговых зон;
разработать физико-геологические модели очагов землетрясений;
обосновать применение комплексных геофизических исследований при выделении очагов землетрясений и изучении динамики изменения сейсмической активности во времени.

Методы исследований. Анализ и обобщение данных о физических свойствах горных пород Среднего и Нижнего Поволжья. Наблюдения и анализ данных местной сейсмичности и изменений гравитационного поля на СГП. Выделение зон ВОЗ и их моделирование с использованием детерминированного подхода.

Фактический материал. При подготовке диссертации использованы результаты исследований, проводимых автором при выполнении тем по контрактам с Министерством природных ресурсов и другими ведомствами (№ Гос. регистрации 1423636 528). Использован литературный и фондовый материал. Использован полевой материал, полученный в результате личных наблюдений автора.

Научная новизна.

исследована петрофизическая характеристика комплексов земной коры, ответственных за формирование очагов землетрясений;
выявлены зоны разуплотнения в земной коре района расположения Саратовского геодинамического полигона, с которыми связано формирование очагов землетрясений;
разработаны физико-геологические модели зон возникновения очагов землетрясений, локализованных на тектонических структурах различного ранга;
обоснован комплекс геофизических методов для картирования очаговых зон землетрясений и контроля местной сейсмической активности в пределах рассматриваемого района.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы при работах по детальному сейсмическому и микросейсмо-районированию, а также при контроле сейсмической активности в пределах юго-востока Восточно-Европейской платформы с целью прогнозирования возможных землетрясений.

Защищаемые положения.

Региональные зоны неоднородностей земной коры отличаются
аномально низкими значениями плотностей и высокими значениями намагниченности.
Детерминированные физико-геологические модели очагов внутриплитной сейсмичности определяют в качестве сейсмогенерирующих неоднородностей земной коры блоки пород, которые отображаются локальными минимумами гравитационного и максимумами магнитного полей.
Комплекс геофизических методов оценки сейсмической опасности исследуемого региона: гравиразведка, магниторазведка и регистрация местных землетрясений используются при площадном

картировании очагов землетрясений; при геодинамическом мониторинге необходимо применять повторные гравиметрические наблюдения в комплексе с непрерывной регистрацией местной сейсмичности

Реализация результатов работы. Результаты исследований были использованы при работах по детальному сейсмическому районированию

территории Поволжья и оптимизации систем геодинамического мониторинга в районах расположения ответственных объектов.

Апробация работы. Результаты работы были апробированы при защите отчетов на ученых советах предприятий MПР РФ, Минатома РФ. Докладывались на четвертых геофизических чтениях им. В.В.Федынского (Москва, 2002), XVIII Генеральной Ассамблее ЕСК (Генуя, 2002), научно-технической конференции посвященной 60-ти летнему юбилею ВНИИГеофизики, VI и VII Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2005, 2006).

Публикации. Содержание работы опубликовано в восьми статьях и двух отчетах.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения общим объемом 110 страниц, в том числе 26 рисунков, 2 таблиц и списка литературы из 86 наименований.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю профессору Ю.П. Конценебину за всестороннюю помощь и поддержку. Сотрудникам лаборатории региональной и инженерной геофизики НВНИИГГ за постоянную помощь в работе. Чл.-корр. РАН А.А. Маловичко, профессору СГТУ В.П. Губатенко и профессорам СГУ Г.А. Московскому, А.Я. Рихтеру, а также сотрудникам кафедры геофизики СГУ за ценные рекомендации.

Обоснование защищаемых положений.

Региональные зоны неоднородностей земной коры отличаются
аномально низкими значениями плотностей и высокими значениями намагниченности.

Доказательство настоящего положения основывается на анализе физических характеристик горных пород Поволжья и его обрамления, а также интерпретации гравитационных и магнитных аномалий по региональным профилям.

Автором были проведены анализ и обобщение данных о плотностях и магнитных свойствах горных пород по литературным и фондовым материалам. Физические свойства серпентинитов и других горных пород, слагающих кристаллическую кору, исследованы по материалам глубокого бурения на Волго-Уральской антеклизе, Воронежском кристаллическом массиве, складчатых сооружениях Кавказа, Урала.

Для складчатого сооружения Урала в кислых и средних породах плотность изменяется от 2,57*10³ кг/м³ до 2,83*10³кг/м³. Породы представлены гранитами, гранодиоритами и сиенитами. Среди ультраосновных пород дунит серпентинизированный имеет среднюю плотность 3,02*10³ кг/м³, а перидотит пироксеновый - 3,12*10³ кг/м³. Из метаморфических пород минимальными значениями плотности отличается серпентинит - 2,66*10³ кг/м³, а максимальными - эклогит со значениями 2,82*10³ - 3,35*10³ кг/м³. В состав ультраосновных пород входит перидотит серпентинизированныи с плотностью 2,77*10³ - 3,05*10³ кг/м³, пироксенит с плотностью 3,2*10³ кг/м³ и пироксенит амфиболовый - 3,25*10³ кг/м³. Метаморфические породы включают сланцы, серпентиниты, мигматиты, амфиболиты и плагиогнейсы. Высокую плотность имеет амфиболит 2,92*10³ - 3,01*10³ кг/м³, серпентинит антигоритовый 2,81*10³- 2,83*10³ кг/м³, сланец хлорит-серицит-кварцевый 2,77*10³ кг/м³, сиенита 2,71*10³ кг/м³. Меньше, от 2,62*10³ кг/м³ до 2,67*10³ кг/м³ ,плотность у мигматита биотита амфиболового, мигматита, плагиогнейса. и сланца биотит-кварцевого. Для серпентинита апоперидотитового ВКМ плотность составляет 2,60*10³ кг/м³. Минимальные значения плотности характерны для серпентинитов Кавказа 2,38* 10³ - 2,44* 10³ кг/м³.

Магнитная восприимчивость интрузивных пород различного состава изменяется в зависимости от среднего содержания в них магнетита, которое увеличивается от 0 до определенного процента, повышающегося от кислых пород к ультраосновным. Для гранитов Кавказа магнитная восприимчивость составляет 8*10^-5ед. СИ, сиенитов - Урала 1300*10^-5ед. СИ. Ультраосновные породы характеризуются наиболее широким диапазоном изменения восприимчивости - от слабо (460*10^-5ед. СИ) до сильномагнитных (10000*10^-5ед.СИ). Серпентиниты являются магнитными и сильномагнитными породами. Так, например, величина магнитной восприимчивости серпентинитов Кавказа достигает 3000*10^-5 ед. СИ. Сведения о главных аномалиеобразующих комплексах кристаллического фундамента территории Поволжья приведены в таблице № 1.

Таким образом, из анализа физических свойств горных пород, слагающих кристаллическую кору Поволжья и его обрамления видно, что наиболее низкими значениями плотности характеризуются граниты и серпентинизированные разности пород. Однако, у серпентинитов при малых значениях плотностей значения магнитной восприимчивости существенно выше чем у гранитов. Согласно данным Н.Б. Дортман (1984) при плотности 2,44* 10³ кг/м³магнитная восприимчивость серпентинитов может достигать 3000*10^-5 ед. СИ Это свидетельствует о том, что наиболее интенсивные минимумы гравитационного поля и максимумы магнитного должны соответствовать блокам серпентинизированных пород.

По результатам интерпретации гравитационных аномалий по региональным профилям в земной коре и мантии выявлены региональные зоны разуплотнения. Сопоставление с данными магнитных съемок показывает, что меньшим глубинам поверхности зон разуплотнения соответствует максимум магнитного поля, а большим глубинам зон разуплотнения, напротив, соответствует минимальное значение магнитного поля. Был проведен расчет коэффициента корреляции между глубиной поверхности зоны разуплотнения, определенной по данным гравиразведки, и изменением магнитного поля по профилю. Значение коэффициента корреляции равное 0,69 свидетельствует о тесной связи магнитных аномалий с зонами разуплотнения. Таким образом, имеет место обратная зависимость между глубиной зоны разуплотнения по данным гравиразведки и магнитным полем. Из выше изложенного делается вывод, что зоны разуплотнения являются магнитоактивными; это может объясняться серпентинизацией горных пород. Проверка гипотезы о соответствии гравитационных минимумов и магнитных максимумов неоднородностям земной коры, обусловленных серпентинизированными горными породами проведена на эталонных объектах с выходами серпентинитов По профилю длиной примерно 100 метров пересекающему выходы серпентинитов в районе Даховского кристаллического массива западного Кавказа были проведены измерения гравитационного и магнитного полей с шагом 10 метров ( Е.Н.Волкова, В.А.Огаджанов и др, 2003.). По результатам этой съемки над выходами серпентинитов локализовались максимум магнитного поля и минимум гравитационного поля.

Таблица№1

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

главных аномалиеобразующих пород кристаллического фундамента

территории Поволжья.

Название пород и их комплексов	Плотность 10 ³кг/м³	Магнитная восприимчивость 10 ^{- 5}ед.СИ
Биотито- гранатовые, биотито-пироксеновые, биотито-роговообманковые, биотито-плагиоклазовые гнейсы и кристаллосланцы	2,70-2,90 (2,80)	300-1400 (850)
Граниты и плагиограниты с гранатитом	2,57-3,00 (2,80)	8-200 (100)
Сиениты	2,71	1300
Габбро-нориты и габбро-диабазы	2,70-3,00 (2,85)	5000-10000 (7500)
Серпентиниты	2,38-2,83 (2,60)	600-3000 (1800)

В скобках показаны средние значения физических параметров.

Детерминированные физико-геологические модели очагов внутриплитной сейсмичности определяют в качестве сейсмогенерирующих неоднородностей земной коры блоки пород, которые отображаются локальными минимумами гравитационного и максимумами магнитного полей.

Рассматриваются два типа зон возникновения очагов землетрясений: связанные с зонами сочленения крупных геоструктур и локальными структурами. При составлении детерминированных моделей были использованы данные наблюдений за местной сейсмичностью, сейсморазведки ОГТ, глубинных сейсмических исследований по методу обменных волн землетрясений (МОВЗ), гравиметровых и магнитных съемок масштаба 1: 200000.

Зоны сочленения крупных геоструктур.

Елабужская зона. Елабужская очаговая зона находится в области сочленения Камско-Бельского авлакогена, имеющего субширотное простирание и изометричного Южно-Татарского свода на участке их пересечения Нижнекамскими дислокациями. Можно предположить, что деформации земной коры в пределах рассматриваемой очаговой зоны формируются, в основном, за счет сил горизонтального сжатия вследствие расширения Камско-Бельского авлакогена.

В скважине № 548, пробуренной практически в очаговой зоне землетрясения 1988 года, отмечались провалы бурового инструмента, уходы промывочной жидкости; здесь же по данным геофизических исследований скважин выявлены толщи, имеющие аномально высокую пористость, обусловленную разуплотнением горных пород. В зонах разуплотнения на некоторых структурах Южно-Татарского свода отмечено повышение скоростей сейсмических волн, обусловленное аномально высоким напряженным состоянием толщ.

Вольская зона. Вольская очаговая зона приурочена к зоне сочленения крупных геоструктур, а именно Пачелмского авлакогена и Волго-Уральской антеклизы на участке пересечения указанных геоструктур дислокациями Волжского разлома. Рассматриваемая очаговая зона, находится в правобережье р. Волги, в восточной части СГП.

В пределах рассматриваемой очаговой зоны за весь период наблюдений зарегистрировано более 20 слабых землетрясений, магнитудой не более 3. Глубины очагов, зарегистрированных землетрясений в среднем от 10 до 50 км. Здесь можно условно выделить примерно два интервала размещения очагов землетрясений: в верхней части земной коры - от 7 до 25 км и вблизи поверхности мантии. Верхний интервал размещения очагов землетрясений согласно данным геофизических исследований приурочен к зоне регионального разуплотнения земной коры. Области максимального подъема поверхности разуплотненного слоя соответствует минимум гравитационного поля и максимум магнитного поля.

Камышинская зона. В пределах данной зоны произошло самое сильное землетрясение инструментального периода (24 декабря 1991 года). Магнитуда землетрясения около 4. Тектонически приурочено к зоне перехода Пачелмского авлакогена к бортовой части Прикаспийской впадины. Через очаговую зону в субширотном направлении проходит западная часть профиля ГСЗ-МОГТ Челкар – Волгоград. В этой части профиля в волновом поле в кристаллическом фундаменте выделяется неоднородность, к которой приурочены гипоцентры двух известных землетрясений. Над неоднородностью в магнитном поле выявляется максимум, а вгравитационном поле минимум.

Очаговые зоны локальных структур.

Алексеевская зона. Алексеевская очаговая зона землетрясений находится в северной части Саратовской области и приурочена к зоне Терсинского грабена в месте его пересечения сдвиговыми дислокациями Волжского сейсмогенного разлома, представляющего систему одноименных дислокаций вдоль реки Волги. За весь период наблюдений, с октября 1999 года по настоящее время, в районе Алексеевской очаговой зоны зафиксировано более 20 местных землетрясений, в том числе в ночь с 10 на 11 декабря 2002 года в течение пяти часов здесь произошло три землетрясения магнитудой до 2,7, с глубинами очагов 3-6 км.

Гипоцентры землетрясений в основном сосредоточены там, где по результатам интерпретации гравитационного поля выделяется блок пониженной плотности, которому согласно данным МОВЗ соответствует блок повышенных скоростей сейсмических волн, прослеживающийся до глубин 50-60 км. Повышение скоростей сейсмических волн при понижении плотности горных пород может свидетельствовать об аномально высоком напряженном состоянии земной коры на данном участке. Блоку пониженной плотности в магнитном поле соответствует максимум аномального магнитного поля, что указывает на повышенную намагниченность пород разуплотненного блока. Аномально низкие значения плотности пород кристаллического фундамента в сочетании с повышенной намагниченностью могут быть связаны с серпентинизацией земной коры. Таким образом, из рассмотрения этой модели можно сделать вывод, что именно напряженное состояние литосферы на данном участке с последующей его релаксацией способно привести к проявлениям сейсмичности.

Отрожная зона. Отрожная очаговая зона землетрясений приурочена к сочленению Балаковского грабена и сдвиговому разлому северо-восточного простирания. Отрожная зона выявлена за местной сейсмичностью на СГП. В течении всего периода наблюдений, с октября 1999 года по настоящее время, в районе Отрожной очаговой зоны было зафиксировано 15 местных землетрясений. Глубина очагов зарегистрированных землетрясений находится в диапазоне от 5 до 55 км. Физико-геологические условия Отрожной зоны в целом идентичны таковым Алексеевской очаговой зоны. Аномальное магнитное поле здесь резко градиентно; четко локализуются максимумы. Подобное соотношение между аномалиями гравитационного и магнитного полей может быть связано с процессом серпентинизации горных пород, последующим разуплотнением и деформациями блоков земной коры. Эти деформации и способствовали формированию структуры Балаковского грабена.

Рассмотренные физико-геологические модели показывают, что очагов землетрясений приурочены к зонам разуплотнения земной коры. Разуплотнение земной коры вероятнее всего обусловлено процессом серпентинизации. Этот вывод сделан на основании имеющихся геофизических данных: магнитных, гравитационных, сейсмических. По магнитным данным над очагами землетрясений наблюдаются максимумы магнитного поля, обусловленные высокой степенью намагниченностью пород; в гравитационном поле - минимумы, что является следствием низкой плотности тех же горных пород. Анализ соответствия количества произошедших в пределах платформенных территорий землетрясений потенциальным полям показал, что в пределах западной части Восточно-Европейской, а также Сибирской платформ примерно 82% всех землетрясений произошли в пределах гравитационных минимумов. В пределах Австралийской платформы - 73%, Африканской - 80% (Б.П. Рыжий, Н.И. Начапкин, 2003). При этом в пределах Воронежского кристаллического массива в ряде случаев отмечается соответствие гравитационным минимумам максимумов магнитного поля (Ю.В. Антонов, 2003).

Таблица № 2

Обобщенная физико – геологическая модель

сейсмогенной неоднородности.

Критерий	Характеристика критерия	Тенденция изменения критерия.
Тектонический	Кристаллический фундамент	Грабенообразное погружение
Петрологический	Кристаллический фундамент	Возможно серпентинизация
Петрофизический	Плотность Магнитная восприимчивость Скорости сейсмических волн	Уменьшение (0,2-0,4* 10³кг/м³) Увеличение (1000-3000* 10-⁵ед. СИ) Увеличение -уменьшение (200-300 м/сек.)
Геофизический	Гравитационное поле Магнитное поле Сейсмичность	Уменьшение (10-20 мГал) Увеличение (1-3 мЭ) Усиление

Отражение очаговых зон в сейсмическом волновом поле менее определенно, что может объясняться различием напряженного состояния блоков земной коры и отсутствием устойчивой связи скоростей сейсмических волн и плотности при разуплотнении.

Комплекс геофизических методов оценки сейсмической опасности исследуемого региона: гравиразведка, магниторазведка и регистрация местных землетрясений используются при площадном картировании очагов землетрясений; при геодинамическом мониторинге необходимо применять повторные гравиметрические наблюдения в комплексе с непрерывной регистрацией местной сейсмичности.

Геофизическими критериями геодинамически активных зон, как это следует из результатов физико-геологического моделирования, изложенного выше, следует считать максимумы магнитного и минимумы гравитационного полей. Указанные критерии могут быть использованы для картирования геодинамически активных зон, с которыми могут быть связаны очаги землетрясений (см. таблицу № 2).

На основании этих критериев предложен методический прием, основанный на выделении участков территорий с характерными соответствиями максимумов магнитного и минимумов гравитационного полей. Этот подход был опробован на территории СГП с известными зонами ВОЗ. Методический подход основан на выделении и сравнении аномалий, которым отвечает повышение магнитного поля и понижение гравитационного поля, с данными регистрации местной сейсмичности.

На результирующих картах выделены участки, соответствующие увеличению магнитного поля, уменьшению гравитационного поля и максимальной плотности эпицентров местных землетрясений. По результатам комплексного анализа геофизических данных в северной части полигона выделен участок, соответствующий Алексеевской очаговой зоне, в юго-восточной - Отрожной и в юго-западной части полигона выделяется краевая северо-восточная часть Вольской зоны. В восточной части СГП прогнозируется Хлебновский геодинамически активный участок, в пределах которого зарегистрировано только одно местное землетрясении (по состоянию на 01.01.06).

На СГП, начиная с 1999 года, проводятся наблюдения за изменениями гравитационного поля во времени. Задача этих измерений - исследование связей временных вариаций гравитационного поля с сейсмичностью. Измерения ведутся на 8 пунктах полигона с периодичностью один раз в 3-6 месяцев. В результате измерений на различных пунктах полигона выявлены различные по знаку и скорости изменения гравитационного поля во времени. На одних пунктах полигона в одни и те же периоды времени отмечалась устойчивая тенденция к увеличению значений g на других к ее понижению. Наиболее общие закономерности временных вариаций гравитационного поля, со всей очевидностью, выявились после вычисления их средних значений из N-ro числа пунктов для отдельных периодов наблюдений. Для каждого периода вычисления выполнялись по формуле:

g_cp = (_g₁+ g₂+g₃+…+ g_N)/N,

где g_ср- среднее значение изменений силы тяжести для всего полигона, g₁... g_N - изменения силы тяжести на каждом пункте.

В вариациях средних значений гравитационного поля по полигону выявляются относительные увеличения и уменьшения значений силы тяжести относительно тренда его «нормального» изменения. Тренд «нормального» изменения гравитационного поля с октября 1999 по май 2004 года имел тенденцию увеличения во времени примерно на 0,06 мГал/год. Согласно данным имеющимся данным (Б.С. Вольвовский, Н.Я.. Кунин, Е.И. Терехин, 1977) в некоторых районах Поволжья вековой ход гравитационного поля может достигать 0,18 мГал/год. Наблюдаемое на СГП увеличение силы тяжести находится в соответствии с представлениями о нарастающих напряжениях сжатия в пределах юго-восточной части Европейской плиты под воздействием давлений передаваемых на северо - восток Кавказским и на запад - Уральским мегаблоками. Кавказский мегаблок является передним фронтом сжатия восточной части Альпийско-Средиземноморского пояса. Геодинамика восточной части Альпийско-Средиземноморского сейсмогенного пояса обусловлена давлением Аравийской плиты. Откуда следует, что напряжения, формируемые в пределах юго-востока Европейской плиты и обусловленные ими изменения геофизических полей могут быть зависимы от геодинамики восточной части Альпийско-Средиземноморского пояса в целом. Отсюда следует, что увеличения значений гравитационного поля находящиеся в соответствии с трендом «нормального» изменения Ag отражают нарастающие напряжения в пределах восточной части Альпийско-Средиземноморского пояса. Увеличение гравитационного поля можно рассматривать как следствие уплотнения и накопления напряжений в литосфере региона под воздействием деформаций сжатия, обусловленных давлением со стороны Альпийского пояса. Смена знака изменения гравитационного поля, произошедшая в ноябре 2003 года, соответствует периоду усиления как местной сейсмической активности, начавшемуся в декабре 2003 года так и периоду возникновения двух сильных землетрясений магнитудой 6,4 и 6,5, произошедших в декабре 2003 г. и мае 2004 г. соответственно. Эти землетрясения произошли южнее Каспийского моря в горно-складчатых областях Ирана. Резкое понижение гравитационного поля отмечено начиная с августа 2004 года. Такое резкое понижение вполне могло явиться отражением процессов планетарного масштаба с коими может быть связана и подготовка сильнейшего из всех известных на сегодняшний день землетрясений в районе острова Суматра магнитудой 9, произошедшего 26 декабря 2004 года.

Анализируя причины подобных соответствий между изменениями гравитационного поля и сейсмичностью, отметим, что условиями благоприятными для возникновения землетрясений являются деформации сжатия горных пород, сжатие сопровождается уплотнением и, как следствие, увеличением гравитационного поля. Согласно дилатансионной модели очага землетрясений период сжатия горной породы завершается сколовыми деформациями с возникновением трещин. Заполнение трещин флюидами определяет начало процесса разуплотнения, что сопровождается понижением гравитационного поля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Изучение очаговых зон тектонических землетрясений в пределах Среднего и Нижнего Поволжья дает основание считать, что в их формировании значительную роль играют процессы разуплотнения литосферы, возможно обусловленные ее серпентинизацией. С этими процессами связано формирование структур растяжения земной коры - грабенов, авлакогенов, рифтов. Подобная структурно-тектоническая позиция очагов землетрясений видимо характерна и для зон внутриплитной сейсмичности других регионов (Байкальский рифт, рифты и грабены восточной Африки, Северной Америки и др).

Тектоническая структура и зоны разуплотнения могут быть обусловлены серпентинизацией литосферы. С учетом того, что серпентиниты распространены во многих регионах, можно предположить, что физико-геологические и геодинамические условия, обусловленные процессами серпентинизации, носят характер общей закономерности.

Зоны серпентинизации находят отображение в геофизических полях: гравитационном, магнитном, волновом. В результате проведенных исследований выявлены тектонические, геофизические и геодинамические критерии сейсмичности. На основе этих критериев созданы детерминированные физико-геологические модели зон возникновения очагов землетрясений.

Указанные критерии обосновывают применение комплексных геофизических исследований при работах по оценке сейсмической опасности в пределах юго-востока Европейской плиты и смежных территорий. Целесообразно на основе выделенных геофизических критериев сейсмичности создание методики картирования зон ВОЗ по данным гравиразведки, магниторазведки и регистрации местной сейсмичности.

Проведение периодических наблюдений за изменениями гравитационного поля на СГП и сопоставление этих изменений с количеством зарегистрированных местных землетрясений, а также землетрясений удаленных очагов позволил выявить соответствие во времени аномальных изменений гравитационного поля и уровня сейсмической активности Волго-Каспийского региона. Представляют интерес факты соответствия понижений гравитационного поля на СГП периодам усиления сейсмической активности не только во внутренней части Европейской плиты, но в южной части Каспийского моря, его обрамлении и в пределах Кавказско-Средиземноморского сектора альпийского подвижного пояса. Понижение гравитационного поля в периоды усиления сейсмической активности может быть обусловлено разуплотнением литосферы в пределах исследуемого региона. Исходя из установленных фактов связи зон ВОЗ с магнитоактивными породами, можно предположить и возможность изменений их намагниченности при изменениях тектонических напряжений, что может отразиться и в изменениях аномалий магнитного поля. Отсюда следует и вероятность возникновения аномалий во временных вариациях магнитного поля при изменениях геодинамической активности территорий. Поэтому целесообразно продолжать мониторинговые наблюдения на СГП, дополнив комплекс геофизических исследований наблюдениями за изменениями магнитного поля во времени.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

The RELATION BEIWEEN THE GRAVITY FIELD VARIATIONS AND
THE EARTHQUAKES WITHIN THE VOLGA - CASPIAN REGION. European
seismological commission. XXVIII General Assambly.. Abstracts. Genova. Italy,
September, 2002. (Совместно с Конценебиным Ю.П.).
О геодинамических наблюдениях на Саратовском геодинамическом
полигоне. В кн. « Геофизика XXI столетия 2002 » М.: Научный мир. 2003, с 256- 259. (Совместно с Огаджановым В.А., Воробьевым В.Я., Конценебиным Ю.П.).

3. Физико-геологическая модель Алексеевской очаговой зоны землетрясений.//Недра Поволжья и Прикаспия, 2003, вып. 35, с.39-41.
(Совместно с Соломиным С.В.)

4. Физико-геологические модели очагов землетрясений в пределах Саратовского участка Поволжья. В кн. «Геолого-геофизические исследования юго-востока Русской плиты». К 70-летию профессора Ю.П. Конценебина. Саратов, изд. СРО МОО ЕАГО, 2004, с.20-25. (Совместно с Конценебиным Ю.П., Соломиным С.В.).

5. О возможной природе зон разуплотнения в земной коре Саратовского участка Поволжья.//Недра Поволжья и Прикаспия, 2004, вып. 40, с.59-61.

Геолого-геофизические критерии зон возникновения очагов
землетрясений Среднего и Нижнего Поволжья. В кн. «Геологи XXI века».
Материалы VI Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и
молодых специалистов. Саратов. Изд. СО ЕАГО. 2005, с.96.
Связь изменений гравитационного поля на Саратовском
геодинамическом полигоне с сейсмической активностью Альпийско-
Средиземноморского пояса и прилегающей части Европейской плиты. Вестник Воронежского университета. Геология. 2005. №1. с. 225-229 (Совместно с Огаджановым В.А., Конценебиным Ю.П., Назаровым А.А., Соломиным С.В.).

8. Связь между изменениями гравитационного поля на Саратовском геодинамическом полигоне и сейсмичностью. В кн. «Геологи XXI века». Материалы VII Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов. Саратов. Изд. СО ЕАГО. 2006, с.24-25.

Blog

Физико-геологические модели сейсмогенерирующих неоднородностей земной коры среднего и нижнего поволжья

Содержание

Таблица№1